揭开真菌感应重力之谜：从细菌借来基因

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上图：须霉的子实体。每根梗都是一个单细胞，伸长为一个1-3cm的结构，顶端有一个含有孢子的球体，孢子在成熟时积累黑色素，呈现为黑色。

布拉克须霉垂直生长的子实体形成了茂密的“森林”，但它如何知道哪边是“向上”的呢？我们已经知道，它们通过检测液泡中的八面体蛋白晶体如何在自身重力下沉淀，进而感应重力并向上生长。但真菌在进化过程中是如何获得这种技巧的至今仍不清楚。

来自新加坡国立大学淡马锡生命科学实验室的Gregory Jedd的研究小组于4月24日在《美国科学公共图书馆·生物学》杂志上发表的新研究揭示了这一谜题，他们纯化了八面体蛋白晶体，确定了其主要成分OCTIN，表明布拉克须霉从细菌中获得并改编了基因OCTIN，以帮助它们制造大型的重力感应晶体。

水平基因转移 (HGT) 指的是DNA在不相关个体之间转移的现象，会使个体获得对极端环境的抵抗力、增强代谢能力等有利功能。在大多数HGT案例中，转移基因原始功能和获得功能一般是密切相关的。然而研究人员发现OCTIN相关基因从不能使用重力感应结构的细菌水平转移到了布拉克须霉的祖先身上，表明这可能是一种基于蛋白质组装的新的进化方式。

研究人员注意到，能够在蛋白质之间形成分子键的半胱氨酸残基的位置在真菌OCTIN的进化过程中被重新排列。相应的，真菌的OCTIN晶体急剧膨胀并溶解于破坏化学键的化学物质中，表明这些化学物质在晶格形成时发挥了重要作用。相比之下，细菌OCTIN也可以组装成半胱氨酸结合的阵列，但尺寸要小数千倍。然而，这种原始的组装趋势表明，细菌的OCTIN可能已经倾向于积累形成晶格的突变。

作者指出，利用哺乳动物细胞制造真菌的OCTIN蛋白无法形成晶体，表明真菌具有辅助晶体组装所需的共同因子。目前研究人员正在寻找这些因素，希望能够在试管中重构OCTIN晶体，从而更好地理解和操控蛋白组装的过程和产物。同时识别和研究OCTIN这类高阶组装的蛋白质不仅可以揭示适应和进化的机制，还可以开发蛋白质的工程智能组装系统，应用于药物传递和免疫系统调节等领域。

编译：花花 审稿：三水 编辑：张梦

来源：https://phys.org/news/2018-04-fungus-gravity-gene-bacteria.html


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